高铁锰氨氮地下水净化工艺优化及菌群结构研究

发布时间：2018-10-15 16:31

【摘要】：自生物固锰除锰理论提出以来，生物除铁除锰技术广泛应用于含铁含锰水厂，然而我国各地的水文地质构造、环境条件不同，造成各地地下水水质存在很大差别，生物除铁除锰技术在推广应用过程中必然会出现各种新问题，需要进行深入的研究，从而逐步完善生物除锰理论。当含铁锰地下水同时含有氨氮时，其启动周期会明显延长；在生物除锰滤层中，生物去除氨氮与生物除铁除锰之间的相互影响，以及氨氮硝化过程中产生的亚硝氮对生物除锰的影响，需要进一步研究。为此本文主要研究双层滤料、回流以及双层滤料回流对高铁锰氨氮地下水生物净化滤柱启动周期的影响，铁锰氨氮浊度同时去除，铁锰氨氮去除时三者之间的相互影响，亚硝氮对生物除锰的影响，以及不同阶段滤层中菌群分布状况的变化。主要得出以下结论：采用单层滤料不回流、单层滤料回流、双层滤料不回流、双层滤料固定回流比、双层滤料变动回流比启动高铁锰氨氮地下水生物净化滤柱时的启动时间分别为103天、81天、82天、61天、51天。启动初期，滤柱对铁有很好的去除效果，对氨氮的去除率较低，锰的去除主要靠锰砂的吸附；培养成熟后，铁锰氨氮主要在0~0.4m处去除，但锰到0.8m处才能降到0.05mg/L以下。采用双层滤料、回流以及双层滤料回流均能有效缩短其启动时间，启动过程中铁、锰、氨氮的达标顺序依次为：铁、氨氮、锰。反冲洗周期、强度、时间改变后，各滤柱对铁锰氨氮的去除效果几乎没有影响。反冲洗周期越短，反冲洗强度越强，反冲洗时间越长，出水浊度越低。浊度主要在滤层的0~0.4m处去除，浊度的去除与滤层厚度无关。反冲洗后约20min，60min，出水浊度分别降到了1NTU、0.5NTU以下。反冲洗参数的改变对浊度的去除效果有明显影响。在进水总铁、锰、氨氮的浓度分别为6~12mg/L，0.9~1.3mg/L，0.9~1.3mg/L，水温8℃，滤速6m/h，进水溶解氧为约11.5mg/L的试验条件下，进水中锰、氨氮的极限去除浓度分别为10.5mg/L，2.5mg/L。锰极限去除浓度受进水溶解氧的影响，氨氮限浓度的提高受到进水溶解氧不足的制约；进水中锰的升高对铁和氨氮的去除效果没有影响，进水中氨氮的升高对铁和锰的去除效果也没有影响。当进水溶解氧充足时，铁锰氨氮在滤层中的去除位置分别为0~0.3m，0.2~0.8m，0~0.4m。当进水溶解氧分别降到约6.5mg/L、6mg/L、5mg/L、4mg/L时，铁、锰能够全部去除，出水中的氨氮随进水溶解氧的降低而升高，去除顺序为：铁、锰、氨氮。在进水溶解氧的降低过程中，铁、锰、氨氮的氧化速率没有受到明显影响。当进水中总铁的浓度达到约10mg/L时，氨氮的氧化速率明显降低；当进水中锰的浓度超过3mg/L时，，氨氮的去除效果明显受到影响；但是当进水氨氮小于2.5mg/L时，氨氮对铁锰的去除效果没有影响。当进水中锰的浓度为约2mg/L，亚硝氮的浓度为约0.05~0.5mg/L时，在厌氧条件下，亚硝氮与高价锰氧化物在滤柱内不能发生反应。在好氧条件下，亚硝氮对生物除锰在2h内有较明显的影响。当进水中的氨氮从约1.1mg/L升高到约1.5mg/L后，亚硝氮在滤柱内积累，生物除锰效果受到明显影响，3天后除锰效果恢复，但是铁的去除没有受到影响。培养成熟的滤层中有两种菌：古菌、细菌，其中古菌的数量很少。滤层中的古菌主要属于广古菌门和泉古菌门，滤层中的细菌主要属于变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门、硝化菌螺旋门，滤层中确认的科主要有：黄杆菌科、铁细菌科、从毛单胞菌科、疣微菌科、亚硝化单胞菌科、嗜甲基菌科、丰佑菌科、噬菌弧菌科、微杆菌科等。当进水溶解氧为约6mg/L、4mg/L时，滤层中细菌的门主要有：变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门、硝化菌螺旋门、TM7、疣微菌门等7个门，溶解氧对变形菌门、拟杆菌门、放线菌门、厚壁菌门、硝化菌螺旋门的生长均有明显影响，TM7、疣微菌门能够适应低溶解氧条件。滤层中能确认的科主要有毛单胞菌科、铁细菌科、黄杆菌科、腐螺旋菌科、嗜甲基菌科、丰佑菌科。
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【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TU991.2;X172

【参考文献】